照度计.doc

光电子器件课程报告1、 设计内容LCD显示（1602）单片机Stc89c52A/D转换ADC0809光放大电路光电探测器件LED 发光二极管显示亮度变化、实现开关功能不同光强的光照射在光电探测器件（本实验用光电二极管2CU5B）上，由光电器件的伏安特性关系，则输出的电流或电压也不同，再经过电流放大或者电压放大，使输出端输出不同的电压；再经过AD（0809）转换，接单片机（STC89C52），有程序控制，在LCD1602上显示相应的电压或照度。（也可以再放大输出后接LED灯，由它来显示亮度的变化。）2、 设计所需器材及仪器电烙铁、万用表、5V电源STC89C521ADC08091晶振6M110k排阻电阻1瓷片电容22pf20.1uf1电解电容100uf210uf122uf2按键开关140P 锁紧插座 IC座1电阻1K21.6K110K222M11M1电位器1032光敏二极管2CU5B128脚底座1CA314010P071LED1杜邦线、排针、排母若干三、设计原理说明1、光电探测器件：光电二极管2CU5B 特性 光生伏特器件具有暗电流小、噪声低、响应速度快、光电特性的线性受温度的影响小等特点，而硅光敏二极管是最简单、最具代表性的光生伏特器件。 光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。硅光敏二极管的伏安特性曲线以及输出特性曲线如下图所示。E2E1E0UOIE2E1E0I0Ub硅光敏二极管伏安特性曲线UE1E2E3光敏二极管输出特性 光敏二极管的全电流方程为： I=-q/hc*（1-exp（-ad）+Id(exp(qU/kT)-1)其中 ：U为加载光敏二极管两端的电压（偏置电压），T为期间的温度，k为波尔兹曼常数，q为电子电荷量，Id为暗电流，为光电材料的光电转换效率，a为材料对辐射的吸收系数。 入射到光敏二极管光敏表面的辐射量发生变化dE时，将产生dI 的电流变化，故将电流变化dI与辐射量变化dE之比为光敏二极管的电流灵敏度，它与波长的关系即为光谱响应曲线。 Si=dI/dE=q/hc(1-exp(-ad)在试验中，我们用的是自然光，且其他参数一定，所以电流灵敏度时一定的。2、 放大电路设计：零状偏置电路、同相比例运算放大电路PN结光生伏特器件在自偏置的情况下，若负载为零，该偏置电路称为零状偏置电路。光生伏特器件在零状偏置下，输出的短路电流I与入射辐射量(照度)呈线性关系变化，为理想的电流放大电路。放大电路如下图所示： 实验时光敏二极管反向偏置，内阻很大，大概为5M，所以需要用较大的反馈电阻来提高它的光放大部分的放大倍数， RiRf/（1+A），具体可以看放大器输出端的电压以适当调节电阻大小，但电阻不能过小，否则电路输出有问题。 二级放大为主放大电路，若光放大部分输出电压过小时，可以通过主放大来调节放大倍数，使输出电压在24V左右，方便AD采集数据。在设计中，采用了同相比例运算放大电路，因光放大部分放大倍数足够大，所以取放大倍数在110左右。同相比例运算放大电路如右图所示，信号电压通过电阻RS加到运放的同相输入端，输出电压vo通过电阻R1和Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。根据虚短、虚断的概念有vN= vP= vS，i1= if 可求得 ： 同相比例运算电路的特点如下：输入电阻很高，输出电阻很低；由于vN= vP= vS，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑制比。 在实验中，Rf 取10K电位器，R1取1.6K的电阻，通过调节电位器大小，调节电位器。 3、 AD转换:ADC08009ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。实验中用IN0通道，将ABC都置零。 初始化时，使ST和OE信号全为低电平，后根据EOC判断是否转换结束。ADC0809与单片机的接线如下图所示。4、 LCD显示:LCD1602 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，1602显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令，1脚电源地，2脚电源，3脚接10K电位器调节对比度，4脚rs寄存器选择，5脚rw读写信号线，6脚en使能端，714脚数据传输，15脚背景光正极接电源，16脚背景光负极接地。 lcd1602使用之前必须进行初始化（程序控制）：显示模式设置、显示开关及光标设置、数据指针设置、其他设置(显示清屏或回车)。LCD1602与单片机的连接如下图所示。4、 调试所遇到的问题1、 按照上面三部分电路焊接电路后，调试电路。因ADC0809时钟信号需要在1M 以下，所以单片机时钟最好用6M的晶振，否则AD不可以与单片机直接连接。AD的时钟CLK可以直接接89c52的ALE脚（6M经过6分频后为1M），也可以接串口，通过程序给它时钟信号。2、 放大电路调试时，起先主放大部分用了反向比例运算放大电路，但一级输出放大正常，第二级放大输出为0，后调整电路为同相比例运算放大电路，显示正常。光敏性较好，常光时为4.8V，暗光时为0.6V。后可能放置时间过久，主放大部分接触不良，交试验成果时，直接用了光放大电路（输出为0.2V3.2V），成果良好。3、 插LCD显示时，需要注意引脚对应。5、 测试成果放大电路输出电压为0.2V3.2V，变化明显。下面是实物的两张照片，分别为电路板的正面与反面（演示可见验收时的录像）。实验总原理图：五、单片机程序：#include#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit ST=P24;/AD0809控制端口sbit OE=P22;sbit EOC=P23;sbit ADDCS=P25;sbit clk=P21;/时钟sbit rs=P27;/1602sbit lcden=P26;sbit a=P00;sbit b=P01;sbit c=P02;sbit d=P03;sbit e=P04;sbit f=P05;sbit g=P06;sbit h=P07;uint temp;uchar code tip1= zhaodu:;uchar code tip2= 2009121026:;uchar code tip32=.L;unsigned char xchage(unsigned char z)unsigned table8=0;table0=z&0x01;table1=z&0x02;table2=z&0x04;table3=z&0x08;table4=z&0x10;table5=z&0x20;table6=z&0x40;table7=z&0x80;a=table7;b=table6;c=table5;d=table4;e=table3;f=table2;g=table1;h=table0;void timinit(void)TMOD=0x01;/定时器0，工作方式1TH0=0xff; /频率500kTL0=0x00;EA=1;/打开总中断ET0=1;/打开定时器中断TR0=1;/启动定时器void timint(void) interrupt 1 /定时器0中断服务函数,用以产生ADC0809的时钟信号TH0=0xff;TL0=0x00;clk=clk;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);uint AD0809()/AD数据处理函数 uint getdata;ST=0; ADDCS=0; /选择通道IN0 delay(10);ST=1;ST=0; while(EOC=0);OE=1;P1=0xff;getdata=P1;delay(10);return getdata;/以下为1602显示数据void write_com(uchar com)/写1602指令/地址/xchage(com);/p0 P0=com;rs=0;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uint date)/写1602数据xchage(date);/p0P0=date;rs=1;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()/rd=0;lcden=0;rs=0;delay(10);/延时10MSwrite_com(0x01);/清屏delay(5);write_com(0x38);/设显示模式delay(5);write_com(0x0c);/开显示不显光标 光标不闪delay(5);write_com(0x06);/地址自动加一 光标自动加一delay(5);write_com(0x80);void write_add1_3(uchar add ,uint date)/1602在指定地址写3个数据。第1行 uchar g,d,b;g=date%10;d=date%100%10;b=date%100/10;write_com(0x80+add);write_date(0x30+b);write_date(0x30+d);write_date(0x30+g);void write_add1_1(uchar add,uint date)/1602在指定地址写1个数据。第1行 write_com(0x80+add);write_date(0x30+date);void write_add1_2(uchar add,uint date)/1602在指定地址写1个数据。第1行 write_com(0x80+add);write_date(date);void write_add2_1(uchar add,uint date)/1602在指定地址写1个数据。第2行write_com(0x80+0x40+add);write_date(0x30+date);void write_add2_2(uchar add,uint date)/1602在指定地址写1个数据。第2行 /这个留你写电压与波长转换函数/write_com(0x80+0x40+add);/write_date(date);void main()uchar i;uint dy; uint dy1; init();timinit();write_com(0x80);while(1)for(i=0;i9;i+) write_add1_2(i,tip1i);i=0; dy=AD0809(); /dy=11*dy1; / dy=30; write_add1_1(10,dy%10000/1000);/temp%10 write_add1_1(11,dy%1000/100);/temp rite_add1_1(1